[發明專利]水下彈性波全波場無損檢測系統及方法

有效

• 申請號: 202011222107.2
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112557500B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 李松輝;熊燕;張國新;馮少孔;馮源
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

1.一種水下彈性波全波場無損檢測系統，其特征在于，所述系統包括：

激發組件，用于對水下的待測結構體表面施加沖擊力以激發彈性波場；

力傳感器，用于測量所述激發組件的沖擊力信息；

檢測組件，用于感測所述待測結構體表面在X、Y和Z三個方向的彈性波全波場信息，以及所述待測結構體表面水的壓力波場信息；

數據分析模塊，用于對所述沖擊力信息、彈性波全波場信息以及壓力波場信息進行反演分析，獲取所述待測結構體對應的損傷模型；

所述激發組件包括殼體、電磁式擊打裝置、安裝座、橡膠波紋管以及砧臺；

所述電磁式擊打裝置安裝于所述安裝座上，所述橡膠波紋管的一端連接所述安裝座，另一端連接所述砧臺；所述電磁式擊打裝置可擊打所述砧臺，以將所述電磁式擊打裝置的撞擊力傳至待測檢測體表面；

其中，所述殼體、安裝座、橡膠波紋管、砧臺組成一個密封空間，所述電磁式擊打裝置位于所述密封空間內；

所述殼體呈上端封閉、下端開口的筒狀；所述安裝座呈圓形并位于所述殼體內，沿所述安裝座的邊緣等間隔地設有三個支腿，相鄰兩個所述支腿之間對應的圓心角為120°；其中一個所述支腿上設有X方向標記；在初始狀態下，所述三個支腿的端部概與所述砧臺的底端齊平；所述檢測組件的底部概與所述支腿的端部齊平。

2.如權利要求1所述的水下彈性波全波場無損檢測系統，其特征在于，所述砧臺的底部為半球形錘頂，所述半球形錘頂內部設有水泵，所述半球形錘頂的邊緣設有進水孔，所述半球形錘頂的底部設有噴水孔，所述水泵連通所述進水孔和噴水孔。

3.如權利要求1所述的水下彈性波全波場無損檢測系統，其特征在于，所述檢測組件包括三分量振動傳感器和水聲換能器，所述三分量振動傳感器用于感測所述待測結構體表面在X、Y和Z三個方向的彈性波全波場信息，所述水聲換能器用于接收所述待測結構體表面水的壓力波場。

4.如權利要求3所述的水下彈性波全波場無損檢測系統，其特征在于，所述系統還包括橡膠隔振板，所述橡膠隔振板中心為圓孔，所述殼體安裝于所述圓孔上，且所述支腿與砧臺部分地伸出于所述圓孔；

所述檢測組件的數量為三個，分別位于所述三個支腿的外側，該三個檢測組件等間隔設于所述橡膠隔振板上，且相鄰兩個所述檢測組件之間對應的圓心角為120°；其中，所述三分量振動傳感器的X分量方向與所述設有X方向標記的支腿方向相一致。

5.如權利要求4所述的水下彈性波全波場無損檢測系統，其特征在于，所述支腿呈上粗下細的錐狀；

所述電磁式擊打裝置包括撞擊式電磁鐵，所述力傳感器安裝于所述撞擊式電磁的動鐵芯上；

所述殼體上安裝有方位傳感器，所述方位傳感器對應于所述設有方向標記的支腿的方位；

所述殼體的上端安裝有起吊環。

6.如權利要求5所述的水下彈性波全波場無損檢測系統，其特征在于，所述系統還包括控制組件，所述控制組件與一個計算機電連接；

所述控制組件電連接所述激發組件和檢測組件，用于控制所述激發組件和檢測組件的運行；

所述計算機配置為設置系統參數，向所述控制組件發送控制指令，以使得所述控制組件能夠根據所述控制指令控制所述激發組件的沖擊力。

7.如權利要求6所述的水下彈性波全波場無損檢測系統，其特征在于，所述系統還包括數據轉換組件，所述數據轉換組件分別與所述控制組件、力傳感器、檢測組件、方位傳感器、計算機電連接；

所述數據轉換組件包括多個信號調理電路和多通道模數轉換模塊，所述沖擊力信息、彈性波全波場信息、壓力波場信息以及所述方位傳感器測得的方位信息分別經過一個所述信號調理電路調理后，輸入到所述多通道模數轉換模塊以轉換成數字信號，之后傳輸至所述計算機進行存儲并顯示。

8.一種適用于如權利要求1至7其中任一項所述的水下彈性波全波場無損檢測系統的無損檢測方法，其特征在于，

所述方法包括：

步驟S1：建立水下的待測結構體的反演理論模型；

步驟S2：測量所述待測結構體對應的彈性波全波場波動分布；

步驟S3：利用三維數字仿真計算所述反演理論模型對應的理論波動場分布；

步驟S4：根據所述彈性波全波場波動分布與所述理論波動場分布的差，調整所述反演理論模型；

步驟S5：重復執行所述步驟S3至S4，直至所述彈性波全波場波動分布與所述理論波場分布的差小于設定閾值，以此時的所述反演理論模型作為待測結構體對應的損傷模型。